Морозостійкі рослини

0 Comments

Морозостійкість рослин

Морозостійкість – це здатність клітин, тканин і цілих рослин без ушкоджень переносити дію негативних температур, тобто температур нижче 0°С.

Знижені температури чинять на фізіологію і біохімію рослин різ- носторонні негативні впливи:

  • а) збільшується розчинність вуглекислого газу у воді, що призводить до підвищення кислотності вакуолярного соку;
  • б) знижується інтенсивність дихання, зокрема, у зв’язку з накопиченням особливих інгібіторів дихання, які руйнуються за вищої температури;
  • в) знижується активність ферментів, що уповільнює багато метаболічних процесів, реакції синтезу припиняються, хоча реакції розпаду при цьому, навпаки, активізуються;
  • г) порушується процес окиснювального фосфорилювання і рослини накопичують менше енергії у вигляді АТФ;
  • д) зменшується інтенсивність фотосинтезу;
  • е) сповільнюється поглинання мінеральних речовин коренями з ґрунту і їх транспорт в надземну частину рослини, особливо це стосується поглинання фосфору і нітратів.

За негативних температур безпосередньою причиною загибелі клітин, тканин і рослини в цілому часто виявляється утворення льоду саме в протопласті клітин. Лід відтягує на себе воду і висушує протопласт, а, крім того, кристали льоду механічно ушкоджують мембрани й органели. Лід є ще й біологічним каталізатором, який хаотично прискорює низку біохімічних процесів, порушуючи скоординованість метаболізму. Можливо, ще важливіша, ніж утворення льоду, холодова втрата мембранами клітин початкової структури з переходом в гелеподібний стан, що різко порушує весь метаболізм рослин.

Морозостійкість рослин, зокрема, визначається структурою мембран клітин. Зміна проникності мембран пов’язана із представленостю у їхньому складі жирнокислотних компонентів. Чим більше у мембрані насичених жирних кислот, тим вона жорсткіша, тобто менш лабільна, і тим частіше в ній виникають руйнування.

Негативні температури небезпечніші для клітин і рослин, що знаходяться в активному життєвому стані. Вони краще переносяться насінням та рослинами, які знаходяться у стані спокою. Має значення й швидкість відтавання замерзлих рослин. За повільного відтавання вони краще зберігають життєздатність.

Зниження температури зумовлює зміни і в транспортних процесах: поглинання NO3- слабшає, a NH4+ посилюється. Найбільш уразливим при дії низької температури виявляється транспорт NO3- з коріння в листя.

Люті морози небезпечні і для кореневих систем багаторічних рослин. Розтріскування замерзлого ґрунту призвоить до ушкоджень і навіть розриву коренів. Утворення крижаної кірки на поверхні ґрунту створює умови анаеробіозу, що викликає в клітинах коренів порушення дихання.

Адаптація рослин до негативних температур містить морфологічні й біохімічні компоненти. За багатьма особливостями вони аналогічні пристосуванням рослин до дії зниженої позитивної температури.

Передусім, адаптація виявляється в пристосованості онтогенезу рослин до сезонного температурного режиму. У районах з коротким літом і морозною осінню та зимою тривалість онтогенезу може зменшуватися: пізніше розпускається листя, пізніше починається цвітіння, плоди дозрівають раніше. Часто змінюється життєва форма рослин: у районах з холодними ночами рослини мають форму подушок зі щільною кроною, листки і пагони дуже опушені, що знижує тепловтрати, бруньки розташовуються біля самої поверхні ґрунту, що покращує їхній тепловий режим. У тропіках у деяких рослин є особливі “нічні бруньки”: для захисту від прохолодних ночей у таких рослин на ніч листя, що вже розпустилося, складається в бруньки.

Виявлено певні анатомо-морфологічні ознаки рослин, що корелюють з їхньою підвищеною морозостійкістю. Це дрібноклітинність тканин листка, жорсткіші стінки клітин, відсутність крохмальних зерен безпосередньо в хлоропластах.

Фізіолого-біохімічні адаптації полягають у природному “загартовуванні” рослин, яке автономно відбувається в період підготовки рослин до осінньо-зимових холодів. Згідно з роботами І.І. Туманова, виконаними в 1935–1940 pp., природне загартовування охоплює три основні послідовні етапи.

Перший етап полягає в припиненні активного росту рослини і стимулюється зниженням температури та скороченням тривалості дня. Зменшення довжини дня сприяє послабленню синтезу фітогор- монів – стимуляторів росту: ауксинів і гіберелинів, тоді як синтез гормонів-інгібіторів: абсцизової кислоти й етилену – посилюється. Вони викликають ще більше гальмування росту і його повну зупинку. У цей період знижується інтенсивність дихання, відбуваються його метаболічні перебудови, зокрема, зростає питома вага анаеробної фази дихання. Це сприяє накопиченню метаболітів, що беруть участь у підвищенні зимостійкості. Перехід на анаеробний тип дихання (еволюційно це більш давній процес) реєструється не лише за низької температури, а й внаслідок кисневої недостатності, посухи (закривання продихів). Мабуть, це вияв неспецифічної відповіді рослин на різні стресові дії.

Другий етап починається на тлі негативних температур порядку -5°С. –10°С і полягає у накопиченні в клітинах так званих захисних речовин – кріопротекторів. Захисними речовинами є цукри, аскорбінова кислота, геміцелюлоза. Особливо важливі спеціальні гідрофільні білки (білки холодового шоку), синтезуються під впливом спеціальних генів у присутності абсцизової кислоти.

До кріопротекторів належать і багатоатомні спирти: гліцерол, сорбітол, манітол, амінокислоти, наприклад пролін, який здатний замінювати воду в оболонці гідрата білків. Утворення цих сполук призводить до зниження точки замерзання цитоплазми. У такий спосіб клітини захищаються від утворення внутрішньоклітинного льоду й надмірного обезводнення. Накопиченню кріопротекторів сприяє режим знижених, але позитивних температур і перехід рослини в стан спокою. Підвищений вміст вільних цукрів у рослинах (зокрема, в озимих злаків у вузлах кущіння) є важливою передумовою стійкості рослин до заморозків і взагалі до зимівлі.

У цей період змінюються фізичні й хімічні властивості мембран у напрямі збільшення вмісту ненасичених жирних кислот. Чим стійкішою є рослина, тим вищий індекс ненасиченості подвійних зв’язків жирних кислот ліпідів. При загартовуванні підвищується вміст ліпідів, мембранних фосфоліпідів і збільшується їхня ненасиченість. При цьому також відбувається масштабна перебудова дихання: знижуються інтенсивність поглинання кисню і дихальний коефіцієнт, збільшується активність дегідрогенази, що супроводжується появою нових ізоферментів (пероксидаз, каталаз, поліфенолоксидаз, цитохромоксидаз).

Третій етап полягає в переведенні води з клітини у міжклітинники, що забезпечує при охолодженні цілу низку переваг: підвищуються в’язкість протопласта й осмотичний потенціал клітинного соку, а кристали льоду, що утворилися в міжклітинниках, не ушкоджують живого вмісту клітин, як це відбувається, коли кристали льоду утворюються безпосередньо в цитоплазмі, руйнуючи мембрани і органели. Виявлені особливі білки-антифризи, які сприяють виведенню води з клітин у міжклітинники. Вони ж перешкоджають проникненню кристалів льоду з міжклітинників у клітини. Важливу роль для остаточного завершення загартування відіграє вітрифікація – замерзання води без утворення кристалів льоду.

У сукупності при здійсненні цих процесів у природних умовах лід у клітинах не утворюється до температури –40°С. А якщо всі три етапи пройшли нормально, то, як показали штучні експерименти, рослини без шкоди можуть витримувати зниження температури навіть до –195 °С. Слід мати на увазі, що осінньому загартовуванню рослин сприяє сонячна погода без зайвої кількості опадів. І, навпаки, ускладнює його надлишок в ґрунті азоту і фосфору, а також кислий ґрунт, що погано аерується.

Важливу роль у морозостійкості відіграє створення тепла самою рослиною. Відомо, що при замерзанні води виділяється 331,6 Дж енергії на кожен грам води. Тому високе обводнення тканин є захистом від швидкого замерзання. Вважається, що активне заповнення водою квітконосів дозволяє лобелії вночі при заморозках до -7 °С зберігати температуру тканин вищою за 0 °С. Виявилося, що морозостійкі сорти яблуні, порівняно з неморозостійкими, містять більше води в тканинах. Корисним у зв’язку з цим виявляється прийняте на практиці рясне обприскування водою на ніч овочевих і декоративних культур перед настанням заморозку. Підвищує температуру тканин і активізація дихання. У озимих культур активне дихання клітин у зоні вузлів кущіння дозволяє зберігати в них позитивну температуру. У квіток Symphocarpus активність дихання настільки велика, що за нічної температурило –15°С, температура тканин квітки не падає нижче +10°С.

Рослини, які ростуть в холодному кліматі, мають вишу інтенсивність дихання, ніж рослини помірної зони, а найнижча інтенсивність дихання реєструється у рослин із вологих тропічних лісів. Підвищення активності дихання сприяє збільшенню продукування АТФ як енергетичного матеріалу, що забезпечує весь комплекс біохімічних адаптацій рослин до знижених температур.

✅Теплолюбні і холодостійкі рослини

На Землі, в залежності від кількості одержуваного тепла, виділяються теплові пояси. Жаркий пояс розташований між північними і південними тропіками. Холодні пояси займають простір від полюсів до полярних кіл. У проміжку – помірні пояси обох півкуль.

Для рослинників помірних широт важливо знати, до якого типу відносяться їх вихованці — теплолюбним або холодостійким.

Ставлення рослин до холоду і тепла

До теплолюбних рослин відносяться ті, які гинуть при температурі менше +6 °С. Важливо враховувати фактор збереження кореневої системи у багаторічних культур.

Холодостійкі рослини звичайні для природних ландшафтів помірних широт. Вони не страждають від тривалих періодів знижених температур (від 0 до +10 °С), але вижити під час морозної зими здатні не всі.

Морозостійкі види успішно справляються із зимівлею. Залежно від рівня морозів виділяється п’ять груп рослин, від найменш морозостійких (мороз не нижче -10 °С) до вельми морозостійких (–35–50 °С і нижче).

Теплолюбні рослини

Теплолюбні однорічники висаджують в ґрунт після настання стійкої теплої погоди або в теплицю. Це уродженці жарких країн. У цьому списку настурція, базилік, квасоля, томати, огіркова Ліана, солодкі і гострі перці, баклажани. При короткочасному похолоданні їх вкривають спеціальним матеріалом.

Не всі теплолюбні рослини люблять жарку погоду, деяким потрібно укриття. Наприклад, виноградна лоза, гарбузи, дині, кукурудза добре себе почувають навіть при +40 °С.

Селекціонери ведуть роботу по акліматизації багатьох культур. Троянди, виноград, абрикоси, «перевиховані» вченими, можуть цвісти і плодоносити в прохолодному кліматі середньої смуги.

Теплолюбні багаторічники поміщають в оранжереї або вирощують в приміщенні.

Холодостійкі рослини

До холодостійких і в різному ступені морозостійких належать всі дикі рослини помірного пояса. Багато з них в спекотний полудень вважають за краще перебувати в тіні.

Традиційні для України городні культури є холодостійкими: морква, цибуля, буряк, горох, хрін, щавель та інші. Морква, часник, хрін зберігають кореневу систему під снігом. Листя петрушки залишаються свіжими під снігом до сильних морозів, а від кореня, схожого на морквину, навесні відростає нове листя.

Лаконос ягідний

Багаторічна рослина висотою до 1,5-2 метрів з головним стеблом товщиною до 4-5 сантиметрів. Потужне кореневище проникає глибоко в ґрунт. Утворює кущ діаметром близько 2,5-3 метрів з численними білими суцвіттями. До кінця літа дозрівають ягоди у вигляді чорної блискучої кістянки. Суцвіття під вагою плодів никнуть. Ягоди легко обсипаються і проростають навесні, тому лаконос може перетворитися в злісний бур’ян.

Любить сонячні місця, в жарку погоду вимагає поливу. При перших морозах листя гине.

Батьківщина лаконоса – Корея, Китай, Індія, де рослина вирощується для приготування різних страв. Ягоди лаконоса використовуються для підфарбовування вин, замінюють фарбу для вовни. В Україні немає єдиної думки про його придатність до вживання.

Що ми дізналися?

Рослини діляться на теплолюбні і холодостійкі. Дикі рослини середньої смуги – холодостійкі. Теплолюбні рослини родом з жарких країн. Коротко описати різницю між теплолюбними і холодостійкими рослинами можна в доповіді або повідомленні на уроці з навколишнього світу в 3 класі.